多功能锯齿波发生器的设计.doc

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1、.课程设计说明书课程名称：模拟电子技术课程设计题目：多功能锯齿波发生器的设计学生：专业：班级：学号：指导教师：日期：年月日..多功能锯齿波发生器的设计一、设计任务与要求(1)在控制开关的作用下，能实现单周期扫描、间歇扫描、连续扫描和停止扫描控制功能(2)具有输出幅度调节、直流偏置调节和扫描周期调节功能；(3)输出幅度在正负10V围可调．线性度优于0.01％。（4）运用集成运算放大器为主要器件。二、方案设计与论证锯齿波发生器是运用相关器件组合而产生的电路，其中一个非常重要的部件就是集成运算放大器，以及由集成运算放

2、大器组成的滞回比较器、积分器。用集成运放实现的电路结构简单，调整方便。如果在三角波发生电路中,有意识地使积分电路充电和放电的时间常数相差悬殊,则在积分电路的输出端即可得到锯齿波信号。要实现幅度可调,则需将控制输出电压幅度的相应参数设置成可调参数即可。器件与单元电路的介绍：集成运算放大器，滞回比较器，积分电路，反向比例运算电路，555定时器。三、单元电路设计与参数计算1.工作原理假设初始时刻滞回比较器输出端为高电平，而且假设积分电容上的初始电压为零。由于A1同相输入端的电压U+同时与Uo1和Uo有关，根据叠加原理

3、，可得：（7）则此时U+也为高电平。但当时，积分电路的输出电压Uo将随着时间往负方向线性增长，U+随之减小，当减小至时，滞回比较器的输出端将发生跳变，使，同时U+将跳变为一个负值。以后，积分电路的输出电压将随着时间往正方向线性增长，U+也随之增大，当增大至时，滞回比较器的输出端再次发生跳变，使,同时U+也跳变为一个正值。然后重复以上过程，于是可得滞回比较器的输出电压为矩形波，而由于积分电路的充放电时间不等，故积分电路输出电压Uo为锯齿波。如图2所示：..图2锯齿波发生电路的波形图由上图可知，当发生跳变时，锯齿波

4、输出Uo达到最大值Uom，而发生跳变的条件是：，将条件，代入（7）式，可得：（8）由此可解得锯齿波输出的幅度为：(9)要使得幅度可调，由（9）式可知，改变参数即可，所以实际电路中采用滑动变阻器；调节滑动变阻器即可改变锯齿波的输出幅度。从而满足设计要求。2.各个部分组成电路及元件集成运算放大器图3是集成运放的符号图，1、2端是信号输入端，3、4是工作电压端，5是输出端，在实际中还有调零端，频率补偿端和偏置端等辅助端。集成运算放大器的输入级通常由差分放大电路组成，因此一般具有两个输入端以及一个输出端。图中标有“+”

5、号的是同相输入端，标有“—”号的是反相输入端，当信号从同相端输入时，输出信号和输入信号同相，反之则反相。当集成运放工作在线性区时，它的输入信号电压和输出信号电压的关系是：（1）式中是运放器的放大倍数，..是非常大的，可达几十万倍，这是运算放大器和差分放大器的区别，而且集成运放器的两个输入端对地输入阻抗非常高，一般达几百千欧到几兆欧，因此在实际应用中，常常把集成运放器看成是一个“理想运算放大器”。理想运算放大器的两个重要指标为：（1）差模输入阻抗为∞；（2）开环差模电压增益Aod为∞。根据这两项指标可知，当理想运

6、算放大器工作在线性区时，因为其输入阻抗为∞，因此在其两个输入端均没有电流，即在图1中，如同两点被断开一样，这种现象称为“虚断”。又因为，根据输入和输出端的关系：，所以认为运放的同相输入端与反相输入端两点的电压相等，如同将该两点短路一样。这种现象成为“虚短”。“虚短”和“虚断”是理想运放工作在线性区时的两个重要结论，常常作为分析许多运放电路的出发点。当理想运放工作在非线性区时，则“虚短”现象不复存在。图3集成运算放大器滞回比较器滞回比较器具有电路简单、灵敏度高等优点。在比较电路当中，如果输入电压受到干扰或噪声的影

7、响，在门限电平上下波动，则输出电压将在高、低两个电平之间反复地跳变，如在控制系统中发生这种情况，将对执行机构产生不利的影响。滞回比较器则克服了单限比较器的这种缺陷。滞回比较器又名施密特触发器，其电路如图2所示。图4滞回比较器电路原理图输入电压Ui经电阻加在集成运放的反相输入端，参考电压Uref经电阻接在同相输入端，此外从输出端通过电阻Rf引回同相输入端。电阻..和背靠背稳压管VDz的作用是限幅，将输出电压的幅度限制在Uz。在本电路中，当集成运方反相输入端与同相输入端的电位相等，即时，输出端的状态将发生跳变。其中

8、U+则由参考电压Uref及输出电压Uo二者共同决定，而Uo有两种可能的状态：+Uz或－Uz。由此可见，这种比较器有两个不同的门限电平，故传输特性呈滞回形状，如图3所示。图5滞回比较器的传输特性下面对此电路进行定性的分析：利用叠加原理可求得同相输入端的电位为：（2）若原先Uo=+Uz,当Ui逐渐增大时，使Uo从+Uz跳变为—Uz所需的门限电平用UT＋表示，由上式可知：（3）若原先Uo=－